低溫等離子體在口腔醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的研究進(jìn)展*

路政寬 秦 爽 劉 紅

除固液氣三種物質(zhì)形態(tài)之外，等離子體是自然界中物質(zhì)存在的第四種方式，由含有相同數(shù)量的正電荷和負(fù)電荷的離子化氣體和一些非離子化的氣體粒子所組成，生活中最常見的等離子體便是火焰，雷電。與普通物質(zhì)存在狀態(tài)不同，它可以在較寬的溫度范圍內(nèi)存在并維持原有的狀態(tài)不變[1]?；诘入x子體中電子和重粒子的相對能量水平的不同，可分為熱等離子體和低溫等離子。低溫等離子體相比熱等離子體，粒子溫度較低(可＜40℃)，一般由氣體放電產(chǎn)生，較易獲得和維持，常見的氣體來源有N2，O2，惰性氣體(He，Ar 或Ne)及其組合[2]?？紤]到低溫等離子體的粒子特性與口腔疾病的治療息息相關(guān)，如活性氧和活性氮被認(rèn)為是滅菌，傷口愈合和牙齒美白等的關(guān)鍵因素[3]，使其在口腔臨床領(lǐng)域開拓了越來越廣泛的應(yīng)用空間。本文就低溫等離子體在口腔醫(yī)學(xué)方面的最新研究進(jìn)展和應(yīng)用潛能進(jìn)行綜述。

1.牙齒美白

良好的牙齒漂白方法應(yīng)該具有較高的漂白效率而且不會對原有牙體組織造成損傷。目前廣泛應(yīng)用的辦公室漂白法，家庭漂白法以及新興的激光漂白技術(shù)均依托于過氧化物分解產(chǎn)生的不穩(wěn)定自由基(·HO2，·HO)，通過與有機物相互作用使色素分子分解，達(dá)到美白牙齒的效果[4]。然而高濃度氧化劑和高溫光源的使用同時也帶來了負(fù)面影響：牙髓組織不可逆性損傷，牙體硬組織礦物質(zhì)的損失，對齲齒敏感性的增加，表面粗糙度的增加對菌斑附著的促進(jìn)，以及顯微硬度、耐磨性和抗斷裂穩(wěn)定性的降低。低溫等離子體技術(shù)相對于常規(guī)牙齒美白方法的優(yōu)勢日漸凸顯[5]。Nam 等[6]將牙體組織樣本分別使用15%過氧化氫或過氧化脲，低溫等離子體+低濃度過氧化物三種不同方法進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)與正常牙體組織相比，低溫等離子體的處理對顯微硬度值和鈣，磷，氯，鈉，鎂和鋅的含量幾乎沒有影響。另外，為了進(jìn)一步降低過氧化物對牙體組織的副作用，Cheng 等[7]用生理鹽水代替過氧化物凝膠，改用He 低溫等離子體處理牙體組織，比單純用35%過氧化氫的漂白效率要明顯更高，而牙齒表面更為光滑，其機理在于：羥基可由He 低溫等離子體經(jīng)鹽水溶液的過程中產(chǎn)生，而非來源于高濃度或過量的過氧化物，從而于源頭上避免了過氧化物美白牙齒的副作用。因此單純用低溫等離子體激發(fā)的活性自由基將是完善牙齒美白技術(shù)的重要方向。

2.齲病的預(yù)防和治療

齲病是人群中發(fā)病率最高的疾病之一，齲病的預(yù)防在于早發(fā)現(xiàn)和牙齒再礦化治療，牙釉質(zhì)表面的再礦化可以恢復(fù)甚至增加脫礦區(qū)域的機械性能和抗齲能力。為了提高再礦化劑的應(yīng)用效果，Kim 等[8]將含1.23%APF 的低溫等離子體作用于牙釉質(zhì)表面，并將樣本浸泡在脫礦質(zhì)溶液中，氟含量檢測結(jié)果表明低溫等離子體的處理可獲得更高的氟濃度，維持更長的作用時間，從而提高牙體組織抗齲和抗脫礦質(zhì)作用。在Noha 等[9]的研究結(jié)果中，低溫等離子體與鈣磷制劑的聯(lián)合應(yīng)用可明顯提高脫礦牙釉質(zhì)的鈣磷含量，達(dá)到再礦化的效果。釉質(zhì)表層脫礦若未能得到及時治療，致齲菌則會進(jìn)一步侵入并充滿牙本質(zhì)小管，低溫等離子體可以穿透到不規(guī)則的空腔和裂縫等常規(guī)治療操作所不能到達(dá)的區(qū)域，有效消除感染牙本質(zhì)中的細(xì)菌。Philipp 等[10]研究了1%氯己定經(jīng)脈沖放電產(chǎn)生的低溫等離子體對感染牙本質(zhì)的滅菌性能，發(fā)現(xiàn)相比氯己定或低溫等離子體，二者的共同作用具有最好的殺菌效果。Tatsuya等[11]證實了在空氣中暴露于等離子體的蒸餾水在處理感染牙本質(zhì)時，也具有與等離子體輻射相同的殺菌活性，且生產(chǎn)的蒸餾水可在低溫下長期保存，無需在椅旁安裝等離子發(fā)生器。這些最新的研究結(jié)果都表明了低溫等離子體對于牙齒脫礦或感染牙本質(zhì)的治療，可替代傳統(tǒng)的創(chuàng)傷性治療，作為齲病防治的新方法，具有巨大的潛力。

3.根管內(nèi)消毒

低能量密度下的低溫等離子體可以進(jìn)行口腔內(nèi)的有效消毒滅菌，其可能的機制是：①低溫等離子體可以產(chǎn)生紫外輻射破壞細(xì)菌的遺傳物質(zhì)，使其難以增殖[12]；②低溫等離子體可以通過光解吸附作用破壞細(xì)菌內(nèi)的化學(xué)鍵，從而使細(xì)菌分解；③低溫等離子體可以通過蝕刻作用產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)來消滅細(xì)菌[13]；④低溫等離子體可以在釋放過程中產(chǎn)生活性自由基，它可以與細(xì)菌的細(xì)胞膜和目標(biāo)蛋白反應(yīng)，破壞細(xì)菌的結(jié)構(gòu)從而殺滅細(xì)菌[14]。糞腸球菌是頑固性根管感染的主要致病菌，也是導(dǎo)致根管治療失敗的主要原因之一，由于根管曲折且根管末梢直徑較細(xì)，激光處理，超聲振蕩，雙氧水沖洗等根管常規(guī)消毒方法難以到達(dá)致病菌所在位置，從而難以有效滅菌[15]。在Chang 等[16]的研究中，采用自制低溫等離子體裝置，發(fā)射出空氣等離子體證明其可以快速有效的消滅糞腸球菌。在Kaya 等[17]的研究中，通過低溫等離子體、臭氧、NaOCl 三種方法處理糞腸球菌感染根管的對比，發(fā)現(xiàn)低溫等離子體對根管中1/3 的滅菌效果較其他兩組有著明顯的優(yōu)勢。在低溫等離子體處理感染根管方面有著明顯的優(yōu)勢，隨著輸出裝置的不斷完善，會實現(xiàn)低溫等離子體治療的椅旁操作。

4.口腔修復(fù)材料的性能改善

低溫等離子體可以在不損傷口腔組織、不改變材料基本性能的基礎(chǔ)上，提高材料的表面潤濕性、表面分子極性以及粘接性能[18]。Prado 等[19-20]研究發(fā)現(xiàn)不同的低溫等離子體可在纖維樁表面引入更多的硅元素，并顯著提高纖維樁與樹脂水門汀的粘接強度[21]。氧化鋯陶瓷是固定修復(fù)常用的材料之一，廖宇等[22]使用He 等離子體對其處理后，有效增加了材料表面的潤濕性及其與樹脂水門汀之間的粘接強度。在改善義齒基托材料性能方面，學(xué)者們嘗試用O2或H2等活潑低溫等離子體處理聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯纖維，然后將它們添加到聚甲基丙烯酸甲酯中來提高基托的力學(xué)性能，測試結(jié)果表明基托的橫向強度，抗彎強度均得到良好的改善[23-24]。馬小青等[25]采用低溫等離子體處理老化的熱凝樹脂基托材料，增加了材料表面親水性及其與硅橡膠軟襯材料之間的粘接力，改善了義齒重襯技術(shù)，有效延長了義齒的使用壽命。除此之外，為了探究低溫等離子體對牙本質(zhì)表面的影響，Ayres等[26]用Ar 低溫等離子體作用于酸蝕牙本質(zhì)表面10s或30s，隨后涂粘接劑、充填樹脂，24h 后測定樹脂和牙本質(zhì)的微拉伸結(jié)合強度，對照組與等離子體處理組未有明顯差異，然而，在1 年后，等離子體組仍能維持較高的結(jié)合強度，與對照組存在顯著差異。斷面表征可見等離子體組形成了更多更長的樹脂突，促進(jìn)底漆的滲透，便于粘接劑滲入小管，從而提高了復(fù)合樹脂和牙本質(zhì)的粘接性和耐用性。低溫等離子體對口腔修復(fù)治療方面材料的處理是其表面粗糙度及親水性增加，從而獲得更高的粘接強度。劉稱稱等[27]在對聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)遮色以期利用到臨床修復(fù)方面，篩選出氮氣等離子體處理PEEK 的最優(yōu)參數(shù)，且明顯提高了PEEK 與遮色樹脂之間的粘接力，為PEEK 在修復(fù)治療方面的應(yīng)用提供了參考依據(jù)。

5.口腔種植材料的表面改性

鈦及其合金由于其良好的抗腐蝕性、生物相容性及骨結(jié)合性作為口腔種植材料被廣泛應(yīng)用[28]。然而種植體周圍炎仍然是導(dǎo)致種植手術(shù)失敗的重要原因，所以對于鈦種植體表面的改性一直是學(xué)者們致力的研究方向，在眾多改性方法中，低溫等離子體處理一方面可以通過帶電粒子撞擊材料表面改變表面形貌，另一方面可以通過等離子體的撞擊加入新的官能團，Lee 等[29]使用He 及O2混合低溫等離子體來進(jìn)行鈦片的表面處理，發(fā)現(xiàn)該方法可以有效地改善鈦片表面的親水性，尤其是混合氣體中O2含量較高時效果更加明顯，隨著親水性的改善，更多的細(xì)胞就會更快的黏附到鈦種植體的表面，加快骨結(jié)合，降低種植體周圍炎發(fā)病概率。PEEK 已獲得FDA 批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床研究，由于PEEK 擁有與人皮質(zhì)骨相近的彈性模量及良好的機械性能，現(xiàn)已被廣泛研究應(yīng)用，但由于其生物活性較差，對其表面改性的研究也在積極進(jìn)行當(dāng)中，Gan 等[30]使用氮氣等離子體注入的方法有效改善了PEEK 的親水性，并在其表面加入了含氮官能團，并形成了納米拓?fù)湫蚊玻辜?xì)胞更好地黏附在PEEK 的表面，改善了PEEK 的生物活性，加快骨結(jié)合的速度。在種植材料的表面改性中，低溫等離子體不僅可以使材料表面形成粗糙的形貌，加入官能團，增加親水性，并且可以繼續(xù)接枝所需官能團改善材料的性能。

6.口腔頜面部有效止血

由于口腔頜面部血運豐富，血管走行較為復(fù)雜，如何做到有效止血是口腔頜面部創(chuàng)傷處理的關(guān)鍵，隨著低溫等離子體研究熱潮的不斷進(jìn)展，這項技術(shù)也開始投入到處理手術(shù)創(chuàng)口的應(yīng)用當(dāng)中，不同于基于熱效應(yīng)的電刀止血，低溫等離子體不會產(chǎn)生較多的熱量，從而避免了周圍組織的損傷，加快了創(chuàng)口的愈合，而且止血效果更為顯著[1]。在Miyamoto等[31]的研究中首次發(fā)現(xiàn)，低溫等離子體可以通過促進(jìn)創(chuàng)口部位血小板的沉積和凝血因子的不斷聚集，形成一種薄膜樣血凝塊來促進(jìn)血液的凝固。在另一項研究中發(fā)現(xiàn)，低溫等離子體雖然不會產(chǎn)生熱效應(yīng)，但也可以通過使血液中的水分蒸發(fā)，并使蛋白質(zhì)變性來加速血液的凝固[32]。除了對低溫等離子體止血機制及體外實驗的探索，Hajime 等[33]還利用低溫等離子體處理大鼠的人造創(chuàng)口來促進(jìn)止血，結(jié)果顯示這種方法較創(chuàng)口的自然止血要明顯更快。隨著對低溫等離子體止血方面的研究的不斷完善及治療器械的不斷改進(jìn)，這項技術(shù)會在口腔頜面外科的手術(shù)治療中有著光明的應(yīng)用前景。

7.展望

綜合以上方面，低溫等離子體在口腔臨床的初步研究應(yīng)用已涉及牙齒美白，齲病、牙髓疾病的治療，口腔頜面外科的手術(shù)，口腔修復(fù)種植材料的表面改性等各個領(lǐng)域，然而低溫等離子體技術(shù)作為椅旁或手術(shù)常規(guī)操作，其發(fā)生及輸出裝置的制造還有待統(tǒng)一、完善，低溫等離子體對口腔內(nèi)細(xì)胞，組織等的作用機理還只是初步探索，未完全知曉，所以其對于口腔內(nèi)不同區(qū)域的組織器官處理時的參數(shù)數(shù)值還有待進(jìn)一步的研究確定，因此低溫等離子體技術(shù)作為一種常規(guī)治療方法應(yīng)用到口腔臨床當(dāng)中還需要進(jìn)一步的努力，相信隨著其對人體細(xì)胞，組織，器官的作用機制的不斷探索和發(fā)生輸出裝置的不斷完善統(tǒng)一，低溫等離子體技術(shù)會不斷地放大其在口腔臨床治療方面的應(yīng)用價值。